Een van de obstakels bij lange ruimtemissies is het spierverlies waar astronauten onder lijden. Het heet atrofie en NASA zegt dat astronauten tot wel 20% spiermassa kunnen verliezen tijdens missies van slechts 5 tot 11 dagen. Dit spierverlies beïnvloedt de zogenaamde "zwaartekrachtspieren", waaronder de kuitspieren, de quadriceps en de rug- en nekspieren.
Dit spierverlies maakt het voor astronauten moeilijk om hun taken uit te voeren, vooral wanneer er missies naar Mars plaatsvinden. Het kan ook erg gevaarlijk zijn voor astronauten, omdat ze verzwakt zijn wanneer ze terugkeren naar de aarde. Als er problemen zijn bij re-entry en ze moeten zware noodprocedures uitvoeren, kan die ontbrekende spier het verschil zijn tussen leven en dood.
Spierverlies komt voort uit het werken in een omgeving met microzwaartekracht. In die omgeving zijn de antizwaartekrachtspieren van een astronaut niet actief tijdens normale activiteit. Astronauten oefenen tot 2,5 uur per dag op het internationale ruimtestation om spieratrofie te bestrijden, door op een hometrainer te rijden, te lopen of te joggen op een loopband en door een RED (weerstandsoefeningsapparaat) te gebruiken.
NASA heeft onlangs een onderzoek van 70 dagen naar spierverlies gefinancierd om te onderzoeken hoe spierverlies voor astronauten tot een minimum kan worden beperkt. De studie is gepubliceerd in PLOS One, met een titel die te lang is om hier te reproduceren. In plaats van echte astronauten als proefpersonen te gebruiken, wat onmogelijk zou zijn, gebruikte de studie proefpersonen die 70 dagen HDBR (Head Down Bed Rest.) Ondergingen HDBR wordt beschouwd als een goede proxy voor wat astronauten ondergaan in omgevingen met microzwaartekracht.
De studie is uitgevoerd door de University of Texas Medical Branch (UTMB) door een grote groep onderzoekers. Alle proefpersonen waren mannelijke vrijwilligers van 35 jaar, plus of min 8 jaar. Er was een controlegroep die 70 dagen in HDBR verbleef zonder lichaamsbeweging of supplementen, een andere groep die placebo en lichaamsbeweging kreeg en een andere groep die testosteroninjecties en lichaamsbeweging kreeg. In totaal deden 24 proefpersonen mee.
Tijdens de studie namen onderzoekers biopsieën van een spier genaamd de Vastus lateralis. Het is het grootste deel van de quadricep-spier in de dij. Deze weefselmonsters werden geanalyseerd op eiwitten.
Wat hebben ze gevonden?
De onderzoekers ontdekten verschillende veranderingen in spiereiwitten in de Vastus lateralis die door inspanning werden omgekeerd of op zijn minst afgestompt. Die oefeningen resulteerden in een gezondere eiwitorganisatie binnen de spiervezels. De testosteronbehandeling zorgde voor verdere eiwitveranderingen die de spiergroei bevorderden die groter was dan die van alleen sporten.
Dat klinkt waarschijnlijk niet zo verrassend, aangezien de meesten van ons weten wat testosteron doet. Maar er is meer aan de hand. Het team identificeerde bio-markers bij hun proefpersonen die potentieel voorspellend zijn voor spierverlies. Er zijn ook voorspellende biomarkers die wijzen op een robuuste reactie op lichaamsbeweging en behandeling om spierverlies tegen te gaan.
"... de ontwikkeling van nauwkeurige voorspellende modellen zal waarschijnlijk algoritmen omvatten die panelen bevatten van verschillende eiwitten en factoren."
Uit de studie "Proteomisch onderzoek van de menselijke skeletspieren voor en na 70 dagen rust in het hoofd met of zonder lichaamsbeweging en tegenmaatregelen voor testosteron"
Zoals ze in hun studie zeggen: "Ontdekking van gevoelige proteomische biomarkers kan in de toekomst persoonlijke geneeskundebenaderingen mogelijk maken door te helpen bij de ontwikkeling van meer gerichte tegenmaatregelen op basis van proteoomprofielen op baseline." Dus hoe beter ze de astronaut kennen, hoe beter ze spierverlies kunnen voorspellen en voorkomen.
"De unieke inzichten die we hebben opgedaan over spiereiwitten tijdens langere bedrust, kunnen op een dag worden toegepast om veranderingen in spiermassa / kracht in verschillende situaties te voorspellen en vervolgens een persoonlijk programma van oefeningen en hormonale tegenmaatregelen te ontwikkelen", aldus hoofdauteur E. Lichar Dillon , UTMB universitair docent bij de afdeling interne geneeskunde.
"De studie heeft ons de mogelijkheid gegeven om biomarkers te identificeren die voorspellen hoe vatbaar elk individu is voor achteruitgang van de spierfunctie en hoe effectief verschillende oefeningen en hormoonbehandelingen de atrofie kunnen bestrijden", zegt senior auteur Randall Urban, UTMB-hoofdonderzoeker en professor in de afdeling interne geneeskunde.
Zoals de auteurs van de studie erkennen, is dit een vrij eenvoudige benadering van het probleem, maar een belangrijke eerste stap. Hoewel ze enkele eiwitten hebben geïdentificeerd die dienen als biomarkers voor spieratrofie en behandeling, werken er waarschijnlijk een groot aantal eiwitten samen.
"Zoals verwacht was geen enkel eiwit dat we identificeerden volledig voorspellend voor elk gemeten subject of fysiologische functie, en de ontwikkeling van nauwkeurige voorspellende modellen zal waarschijnlijk algoritmen omvatten die panelen bevatten van verschillende eiwitten en factoren", zegt de studie.
Verder naar Mars
We gaan ongetwijfeld naar Mars. Veel van de krantenkoppen rond die inspanning zijn gericht op de technologie om de klus te klaren. Krachtige raketten zoals het Space Launch System en ruimtevaartuigen zoals de Orion worden ontwikkeld om astronauten naar Mars te brengen en dan weer naar huis.
Maar de astronauten zelf zijn degenen die het werk moeten doen. NASA zet veel middelen in om te begrijpen hoe ze die lange missies kunnen doorstaan. Deze studie, en nog meer te volgen, zal een belangrijk onderdeel zijn van succesvolle Mars-missies.
Meer:
- Persbericht: UTMB-onderzoekers leerden hoe ze spierverlies tijdens ruimtevluchten beter kunnen bestrijden
- Onderzoekspaper: Proteomisch onderzoek van de menselijke skeletspieren voor en na 70 dagen bedrust met of zonder lichaamsbeweging en tegenmaatregelen voor testosteron
- NASA: Factsheet Muscle Atrophy
- NASA: Your Body In Space: gebruik het of verlies het
- Canadian Space Agency: wat gebeurt er met spieren in de ruimte?
- Sidney Morning Herald: Astronaut Scott Kelly over de verwoestende effecten van een jaar in de ruimte
- Space Magazine: hoe sterk is de zwaartekracht op Mars?
